Unidad 1: La energía nuclear. Centrales.

En los reactores BWR (los más numerosos tras los PWR con alrededor de unos 95 reactores) sólo hay un circuito recorriendo todos los pasos (como en el ciclo termodinámico de una central térmica convencional). Los reactores nucleares del accidente en Fukushima son de este tipo. Podemos ver un esquema de su funcionamiento en la figura 22.

Al contrario que en los reactores de agua a presión, los de agua en ebullición están concebidos para que el agua que refrigera el combustible del reactor cambie de fase, es decir, hierva, a su paso por el reactor. Desde este punto de vista, el reactor de agua en ebullición está más cerca de la concepción clásica de una central térmica, en el sentido de que no introduce componentes adicionales en el proceso de generación de vapor como es el caso anterior; sino que se emplea directamente el reactor como generador de vapor, en clara similitud a una caldera de combustión.

Aunque existe siempre cierta tendencia a considerar ventajas y desventajas en la adopción de uno u otro sistema, lo cierto es que presentan diferencias físicas y de funcionamiento sustanciales, pero difícilmente pueden valorarse sin que se caiga en cierta subjetividad. Sí es cierto que los reactores de agua a presión, que tienen un circuito primario absolutamente estanco en condiciones nominales, ofrecen a priori una barrera adicional contra la propagación de la radiactividad, respecto de lo que ocurre en los reactores de agua en ebullición, en los que la fuga de los productos radiactivos al refrigerante se puede transmitir directamente al exterior, a través de la eyección de gases no condensables; aun cuando esta eyección esté lógicamente bajo control exhaustivo desde el punto de vista radiológico.

Por el contrario, la no introducción de una barrera intermedia en el proceso de generación de vapor, como es el generador de vapor en su interfaz primario-secundario, hace que los reactores de agua en ebullición presenten una realimentación nuclear-termohidráulica más viva, que permite ajustar la potencia del reactor a la demanda del turboalternador con mayor flexibilidad.

Como puede apreciarse en el esquema, la disposición de componentes en un reactor de agua en ebullición es sensiblemente igual a las centrales térmicas convencionales. Sin embargo, la vasija del reactor está configurada de manera especial, de tal forma que se establezca una buena refrigeración del reactor.

Una particularidad de estas centrales, como se habrá podido observar, es que las barras de control están situadas y se introducen por la parte inferior de la vasija. Esto es así dado que el acceso al núcleo del reactor es imposible desde la parte superior de la vasija, debido a la presencia de los separadores y secadores de vapor. El movimiento de introducción o extracción de las barras de control para regular el reactor se realiza mediante un sistema hidráulico, maniobrado desde el exterior.

El combustible nuclear es uranio enriquecido en todos los reactores de Fukushima Dai-ichi excepto en el reactor U3, que usa como combustible una mezcla de óxidos (óxido de uranio natural y óxido de plutonio) llamado MOX (Mixed Oxide Fuel).

En los reactores nucleares de agua ligera el combustible utilizado normalmente es óxido de uranio. El uranio enriquecido en torno al 3-5% en el isótopo uranio-235, se conforma en pastillas cilíndricas de aproximadamente un centímetro de diámetro y la misma altura. Es un compuesto muy estable, compatible a las temperaturas de funcionamiento con el resto de los materiales, y de color negro.

Dichas pastillas se apilan en el interior de un tubo de zircalloy (una aleación de circonio y algo de estaño) de pared muy delgada, de diámetro interior ligeramente superior al de las pastillas y de unos cuatro metros de longitud. La columna de pastillas se mantiene en su posición mediante un muelle que se encuentra en la cavidad superior de la varilla, que sirve también para almacenar los productos de fisión más volátiles. Las varillas combustibles se agrupan generalmente en conjuntos prismáticos de 8×8 varillas, enlazadas mediante rejillas soporte y dos cabezales, uno de entrada, que se apoya sobre la llamada rejilla inferior del núcleo, y otro de salida, en la rejilla superior. Cada uno de los elementos combustibles se encierra en una caja prismática de zircalloy. Entre cada conjunto de cuatro elementos combustibles se mueve un elemento de control, en forma de cruz, que contiene carburo de boro y que sirve para controlar la reacción en cadena, capturando más o menos neutrones de acuerdo con su posición en el núcleo del reactor.